利用核桃壳制备高比表面积活性炭电极材料的研究

以核桃壳为原料,采用KOH活化法制备活性炭,并将其用作超级电容器电极材料。利用N2吸附和扫描电镜(SEM)表征活性炭的孔结构及表面形貌,系统研究碱炭比(KOH与核桃壳炭化料的质量比)对活性炭孔结构的影响,并采用恒流充放电及循环伏安等测定核桃壳活性炭电极材料在3mol/L KOH电解液中的电化学性能。结果表明,随着碱炭比的增大,活性炭的比表面积、总孔容及中孔比例先逐渐增大后稍有减小。当活化温度为800℃,活化时间为1h,碱炭比为4时,可制备出比表面积为2404m2/g,总孔容为1.344cm3/g,中孔比例为28.6%,孔径分布在0.7~3.0nm之间的高比表面积活性炭。该活性炭用作超级电容器电极材料具有良好的大电流放电特性和优异的循环性能,电流密度由50mA/g提高到5000mA/g时,其比电容由340F/g降低到288F/g,经1000次循环后,比电容保持率为93.4%。     

丝瓜络基活性炭电极材料的制备及其电化学性能表征

以丝瓜络作为前驱体,KOH为活化剂,在不同温度下炭化、活化制备活性炭,并将其作为超级电容器电极材料。采用N2吸附及电化学测试对活性炭的孔结构和电化学性能进行了表征,研究了炭化温度、碱炭比对活性炭电极材料孔结构和电化学性能的影响。结果表明:丝瓜络经过一步炭化即可制备出电化学性能优异的炭材料,经过KOH活化后比电容明显增加,在碱炭比为2时制备活性炭的比表面积、总孔容分别达到1549m2/g和0.901cm3/g,比电容达到228F/g,是未活化炭化物比电容的2.5倍,是一种理想的电极材料。活性炭作为电极材料,其比表面积存在一个最佳值,孔的容积、大小和形状对电解质离子的储存、扩散有着重要作用,对电化学性能有很大影响。     

活性炭纤维的表面改性及其电化学性能研究

用质量分数65%的浓硝酸分别浸渍炭化前和炭化后的蚕茧,然后在不同温度条件下进行热处理,得到改性活性炭纤维材料。利用低温氮气吸附-脱附仪、傅里叶变换红外光谱仪、扫描电子显微镜和透射电子显微镜对改性前后活性炭纤维材料的孔结构和电化学性能进行分析表征。用循环伏安、交流阻抗和恒流充放电等测试方法研究了活性炭纤维电极材料的炭化温度和炭化顺序对中孔炭孔结构及电化学性能的影响。结果表明:随着炭化温度的升高,活性炭纤维电极材料比表面积和孔容逐渐增加;炭化温度为600℃时,采用先炭化后吸附方法制备的活性炭纤维电极材料比电容可以达到124.56F/g,比先吸附后炭化制备的样品比电容(82.69F/g)提高了约51%。     

双电层电容器用煤基活性炭的制备与电化学性能表征

以河南永城无烟煤为原料、KOH为活化剂制备了高比表面积的煤基活性炭,采用低温N_2吸附法对活性炭的比表面积、孔容及孔径分布进行了表征,并对其用作双电层电容器电极材料的电化学性能进行了系统测试.在KOH与煤的质量比为4:1、活化温度为800℃、活化时间为1h的条件下制备出的活性炭其比表面积高达3224m~2/g,总孔容达1.76cm~3/g,中孔率为57.95%.该活性炭电极在3mol/L KOH电解液中的比电容高达324F/g,且具有良好的循环性能,当电流密度为40mA/g时,经1000次循环后,比电容保持率超过92%,且其漏电流很小.     

针状焦基活性炭的制备及其作为EDLCs电极材料的电化学性能

以针状焦生焦为原料,通过KOH化学活化法,在不同活化条件下制备出一系列高比表面积活性炭,并对这些活性炭进行了孔结构表征.而后以30 % KOH溶液为电解液,测试了由所获活性炭制备的一系列电极的电双层电容性能.结果表明：在碱炭比7：1、活化温度850 ℃时,所制活性炭的BET比表面积为2 728 m^2/g,孔容为2.14 cm^3/g,统计平均孔径为4.4 nm,大中孔孔容占总孔孔容约50 %.该活性炭电极的比电容达305 F/g,有相对较高的能量密度、良好的功率特性以及双电层电容特性.     

聚偏二氯乙烯基炭用作高功率EDLC电极材料

在600℃～1100℃对聚偏二氯乙烯(PVDC)树脂仅进行炭化处理,制备了一系列PVDC基活性炭.由TG、XRD和N_2吸附等温线(77 K)分别测定了PVDC基炭经历的热解过程与其晶型、比表面积和孔结构;采用循环伏安、交流阻抗和恒电流充放电考察了它们在质量分数30%的 KOH水溶液中的电容特性.结果表明:PVDC基炭属于无定形碳,其大的比表面积(874.5m~2/g～969.2m~2/g)和丰富的微孔在固相炭化过程中形成;PVDC基炭具有适于双电层形成的优异孔径分布、高的质量比电容和面积比电容;900℃炭化的PVDC基炭具有最高的比电容值和良好的功率特性,50mA/g电流密度时的放电比电容达256.9F/g,5000mA/g电流密度时的放电比电容保持率达76.5%;提高炭化温度可提高PVDC基炭的电导率,降低电解质离子在孔内的扩散阻抗,改善双电层电容器的功率性能.     

梯级孔生物质活性炭的制备及其电容特性研究

以柚子皮为原料,采用预先炭化-KOH活化工艺制备生物质活性炭,并将其用作超级电容器电极材料。采用低温氮气吸附、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)及X射线光电子能谱(XPS)等方法表征生物质活性炭的孔结构、表面形貌等微观结构和表面化学性质,利用恒流充放电、循环伏安、漏电流等手段探究生物质活性炭用作电极材料的电化学特性。研究表明:柚子皮经预先炭化-KOH活化处理可以制备出比表面积为1 347~2 269m~2/g,总孔容达0.642~1.283cm~3/g,中孔比例为23.83%~48.90%的高品质生物质活性炭。该生物质活性炭具有发达的比表面积、"大孔-中孔-微孔"三维贯通梯级孔结构,且表面富含羰基、酚羟基及羧基等含氧官能团,是一种比较理想的超级电容器电极材料。生物质活性炭电极材料在KOH电解液中具有优异的电容特性,在50mA/g电流密度下的比电容最高可达243F/g,5 000mA/g电流密度下的比电容仍可保持为175F/g,且具有优异的循环稳定性,循环1 000次后比电容保持率高达93.34%,漏电流仅为0.006 3mA。生物质活性炭优异的电化学特性与其发达的比表面积、"大孔-中孔-微孔"三维贯通梯级孔结构、合理的孔径分布及独特的富氧表面化学性质密切相关。     

己二酸/酚醛树脂共聚炭化制备多孔炭材料及其电性能研究

以酚醛树脂(PF)为炭前驱体, 己二酸(DA)为致孔链段, 利用聚合物共聚炭化法制备双电层电容器用多孔炭材料. 通过红外和热重分析证实己二酸与酚醛树脂发生了化学反应, DA以链段或支链的形式存在于酚醛树脂固化体系中, 并在后续炭化过程中热解逸出. 氮气吸附分析表明酚醛树脂固化体系中的DA起到了一定的造孔作用, 随着DA加入量增加, 多孔炭比表面积先增大后减小, 当w(PF)/w(DA)=3:1时所得多孔炭的比表面积为550 cm²/g, 孔容为0.27 cm³/g. 采用直流充放电法、交流阻抗法和循环伏安法测定以上述多孔炭为电极材料的双电层电容器的电化学性能, 结果表明: w(PF)/w(DA)=3:1时制得的多孔炭电极在30% KOH电解液中比电容为145 F/g, 电流密度增大50倍, 比电容保持率达到70 %.     

水热炭化-KOH活化制备核桃壳活性炭电极材料的研究

以核桃壳为原料,经水热炭化-KOH活化制备活性炭,并将其用作超级电容器电极材料。采用低温氮气吸附、扫描电镜(SEM)及X射线光电子能谱(XPS)等手段系统研究核桃壳活性炭的微观结构及表面化学性质,并利用恒流充放电、循环伏安等探讨其对应电极材料的电化学性能。研究表明,在碱碳比为3∶1、活化温度为800℃、活化时间为1h的条件下,核桃壳水热炭经KOH活化可制备出比表面积为1 236m2/g、总孔容为0.804cm3/g、中孔比例为38.3%的活性炭。该核桃壳活性炭用作电极材料在KOH电解液中具有优异的电化学特性,其在50mA/g电流密度下的比电容可达251F/g,5 000mA/g电流密度下的比电容为205F/g,且具有良好的循环稳定性,1 000次循环后比电容保持率达92.4%,是一种比较理想的超级电容器电极材料。核桃壳活性炭优异的电化学性能与其相互贯通的层次孔结构和独特的含氧表面密切相关。     

预炭化对KOH活化石油焦的结构及电容性能的影响

以不同温度炭化的石油焦为原料、KOH为活化剂制备电化学电容器用炭电极材料. 采用XRD、TEM和N₂吸附法对前驱体及活化产物的结构进行了表征, 并考察了样品的电化学性能. 结果表明: 通过调整前驱体的预炭化温度, 可实现对石油焦基活性炭的微晶结构和孔结构的调控, 分别制得无晶体特性的高比表面积活性炭和由大量类石墨微晶构成的低比表面积活性炭. 低表面积活性炭依靠充电过程中电解质离子嵌入类石墨微晶层间而实现能量存储, 具有比高比面积活性炭高10倍的面积比电容和更大的体积比电容.     

聚酰亚胺基高比表面活性炭及其电化学性能研究

以聚酰亚胺(PI)薄膜边角料为前驱体, 采用CO₂物理活化法制备高比表面活性炭。研究了活化工艺对PI活性炭孔结构性能的影响及其活化机理, 探讨了活性炭孔结构对其电化学性能的影响。结果表明, PI薄膜可以在相对较低的温度下经CO₂活化制备出具有无定型微晶质炭结构、孔隙结构发达的活性炭, 比表面积最高可达2809 m²/g, 总孔容积达1.423 cm³/g; 通过控制CO₂活化工艺, 可实现对PI活性炭的孔道尺度与分布的调控。作为超级电容器电极材料, PI活性炭在100 mA/g条件下, 比电容高达237 F/g, 电容保持率为86%。孔径集中于0.7~2 nm, 并存在适量介孔的活性炭具有极佳的电化学性能。     

表面改性对活性炭孔结构及热电转换性能的影响

为探究表面改性对活性炭孔结构及热电转换性能的影响,使用HNO_3和KOH在不同条件下对活性炭进行表面改性,用N2吸附法和XRD图谱表征活性炭改性前后孔结构和石墨化程度的变化。结果表明,改性后活性炭的比表面积和孔容提高,平均孔径减小,并存在石墨晶体结构。干法改性活性炭的比表面积和总孔容由1 077.880m~2/g和0.763cm~3/g分别增加到1 635.268m~2/g和1.128cm~3/g,并且微孔的孔容增加。改性处理可以去除活性炭中的杂质。分别以改性前后活性炭为材料制备固体电极,KCl为电解液,测试活性炭电极的热电转换性能,发现改性后活性炭具有更高的热电转换性能。     

红薯基活性炭的制备及其电性能表征

以红薯为原料分别采用物理活化(CO2活化)和化学活化(KOH活化)法制备活性炭。研究了不同活化温度和时间所得活性炭的比表面积和孔结构特征,并结合扫描电子显微镜、X射线衍射仪、比表面积分析仪等对其进行测试和表征。结果表明,KOH活化法在碳碱比为1∶3、活化温度为800℃、活化时间为5h时比表面积最高,达到1590m2/g,介孔率为20.3%;CO2活化法在800℃、活化2h时比表面积较高,为1054m2/g,介孔率可达62.0%。将该两组活性炭用作超级电容器电极材料时,以6M KOH作电解质表现出了典型的双电层电容器的特征,在5A/g的电流密度下,两者的比电容量分别为143F/g和187F/g。     

椰壳活性炭孔结构对Li-S电池性能的影响

以椰壳为原料,采用化学活化法制备不同比表面积和孔结构的活性炭,通过改变制备工艺参数来调节活性炭的比表面积和孔结构。将活性炭负载60%(质量分数)硫后,作为锂硫电池的正极材料,研究活性炭孔结构对锂硫电池性能的影响。结果表明:随着活性炭比表面积的增加,中孔比例增加,锂硫电池比容量逐步提高。其中,当活化剂与炭化料的质量比为4时,活性炭的比表面积达到2900m2/g,中孔率达到15.36%。在电流密度为200mA/g时,首次放电比容量高达1294.5mAh/g,循环100次后的可逆比容量仍然高达809.3mAh/g。     

活性炭的孔结构与其电容特性的关系研究

采用传统工艺制备了超级电容器用高比表面积微孔炭,利于氮气吸附、循环伏安和恒流充放电研究了样品的孔结构和电容特性.结果表明,试验研制的微孔炭的比表面积达到2496m2/g,大孔径微孔含量很高,在5mA/cm2的电流密度下,活性炭的比容达到307F/g,而且具有良好的功率特性.超级电容器用活性炭的比容主要来自微孔比表面积的贡献,中孔对比容的贡献很小,其作用主要是改善功率特性.为了获得高比容和高功率密度,活性炭应该具有尽可能多的大孔径微孔和适量的小孔径中孔.